酶的作用对于食品质量的影响是非常重要的。实际上，没有酶或许就没有人类的食品。食品工作者要面对两种来源的酶：一种是内源酶；另一种是外源酶。
内源酶是食品加工的材料本身所含有的酶。酶在生物体完整细胞内是区域化及隔离分布的。酶存在于特定的细胞器中通过膜或通过其他物理障碍与其他酶或底物隔离，同时还可以通过与其他蛋白质、膜或多糖结合来实现与其他酶或底物的分离。破坏食品中酶的隔离分布状态是很容易的，例如组织破碎。酶与底物隔离状态一旦破坏，酶反应立刻发生，这样有可能提高食品的品质（例如产生风味），也可能降低食品的品质（例如酶促褐变）。这取决于特定的食品材料、特定的食品质量要求和特定的反应。例如，脂肪氧化酶作用于脂肪，或产生哈喇味，或产生愉快的风味；酶促褐变在茶叶的化学“发酵”中是期望的，但在新切的水果和蔬菜中是不期望的。
外源酶是为达到某个加工或保藏的目的而作为加工助剂加入的酶或由污染的微生物分泌产生的酶。在现代食品工业中外源酶的应用越来越多，包括食品配料及食品成品的生产，例如玉米糖浆、葡萄糖、高果糖浆、低聚糖以及其他甜味料，蛋白质水解物和结构化脂质等；食品基质成分的调整，如啤酒稳定、牛乳凝固（奶酪制作）、肉类嫩化、橘汁脱苦以及面包软化等；工艺改良，例如奶酪成熟、果汁提取、果汁/葡萄酒澄清、水果和油料提取、饮料（啤酒/葡萄酒）过滤、加快和面、面团发酵与稳定等；过程控制，如在线生物传感器；以及成分分析等。
大部分作用于食品碳水化合物的商品酶都是水解酶，且统称作糖基水解酶或糖苷酶，也简称糖酶。该类酶的一些酶也可催化食品过程中的糖基转移和/或水解的逆反应，形成新的糖类，此时底物的浓度一般比较高（30%～40%固体）。碳水化合物酶主要有淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、转化酶、乳糖酶等。该类酶约占食品工业中作为加工助剂用酶的一半。
（一）淀粉酶
1.淀粉酶的分类及催化的反应
淀粉酶是水解淀粉的酶，它们不仅存在于动物中，也存在于高等植物和微生物中。最主要的淀粉酶有三类：α-淀粉酶、β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。
（1）α-淀粉酶 α-淀粉酶（1，4-α-D-葡聚糖葡聚糖水解酶，EC 3.2.1.1）是一种内切、α→α保持型酶，主要用于迅速降低淀粉聚合物的平均分子质量。α-淀粉酶是糖苷水解酶第13家族的代表。该家族酶的蛋白质中至少存在三个独立的结构域，一个用于催化反应，一个作为颗粒淀粉的结合位点，第三个与钙结合并连接其他两个结构域。
不同来源的α-淀粉酶（已报道70多个具有不同一级结构的α-淀粉酶）的相对分子质量主要在50000～70000范围，不过也有少量接近200000。α-淀粉酶有多位点结合Ca2+，其中活性部位裂缝附近的最为重要，这些位点能够起着稳定酶蛋白二级和三级结构的作用，使酶具有最高的稳定性和最大的活力。
不同来源的α-淀粉酶的最适温度也不同，一般在55～70℃，但也有少数细菌α-淀粉酶最适温度很高，如被广泛应用于食品加工业的地衣形芽孢杆菌α-淀粉酶的最适温度为92℃，当淀粉质量分数为30%～40%时，它在110℃条件下仍具有短时的催化能力。使用α-淀粉酶在较高温度下进行催化反应时，一般需要加入一定量的Ca2+。不同来源的α-淀粉酶的最适pH也有所不同，一般在pH4.5～7.0。
α-淀粉酶广泛存在于动植物组织及微生物中。在发芽的种子、人的唾液，动物的胰脏内，α-淀粉酶的含量尤其高。现在酶制剂工厂利用枯草杆菌、米曲霉、黑曲霉等微生物制备高纯度α-淀粉酶。
α-淀粉酶常用于将淀粉水解成更小的糊精。α-淀粉酶水解淀粉的典型终产物为α-限制糊精和由2-12个葡萄糖单位构成的低聚麦芽糖，其中大部分低聚麦芽糖的聚合度（DP）在2～12范围的上端。由于α-淀粉酶的水解作用是随机的，直链淀粉/支链淀粉的平均相对分子质量迅速降低，导致淀粉黏度急剧下降，因此也称为液化酶。对微生物淀粉酶而言，其最适作用条件一般在pH4～7和30～130℃范围。商用α-淀粉酶一般来源于杆菌属（Bacillus）和曲霉属（Aspergillus）微生物。细菌α-淀粉酶的热稳定性好，在pH5～7，5～60mg/kg以及Ca2+存在条件下，温度高达80～110℃时仍然可以使用。真菌α-淀粉酶也是内切酶，它们可增加较短的低聚麦芽糖（DP=2～5）的积累，使其成为淀粉液化的终产物。已经鉴定出一种独特的细菌“生麦芽糖”α-淀粉酶（EC3.2.1.133），它能提高麦芽糖产率。
α-淀粉酶对以淀粉为主要成分的食品的黏度有重要影响，例如布丁、奶油汤等。唾液和胰脏α-淀粉酶对食品中淀粉的消化非常重要。
（2）β-淀粉酶β-淀粉酶（1，4-α-D葡聚糖麦芽糖水解酶，EC 3.2.1.2），是一种外切（端解）、α→β转化糖苷酶，从直链淀粉的非还原末端依次水解α-1，4糖苷键，一次切下一个麦芽糖单位，并且将水解得到的麦芽糖的还原端的异头碳由α-构型转变成β-构型，即得到β-麦芽糖。β-淀粉酶能将直链淀粉水解成100%的麦芽糖，但它不能越过支链淀粉中所遇到的第一个α-1，6-糖苷键。因此，单独使用β-淀粉酶仅能将支链淀粉水解至一个有限的程度，即只能得到麦芽糖与β-限制糊精混合物。并且β-淀粉酶是外切酶，也就是说它不能像α-淀粉酶一样使淀粉的黏度快速下降。
β-淀粉酶是糖苷水解酶第14家族的一个成员。它的结构很独特，只含有一个结构域，而不像其他淀粉水解糖苷酶那样含有多结构域。β-淀粉酶是一种巯基酶，许多巯基试剂能抑制它，这一点不同于α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。在麦芽中，β-淀粉酶往往通过二硫键共价地与其他巯基连接，因此需要采用巯基化合物如半胱氨酸处理麦芽以提高麦芽中β-淀粉酶的活力。植物β-淀粉酶不能结合和消化生淀粉，但微生物β-淀粉酶具有作用生淀粉的能力。β-淀粉酶的相对分子质量与它的来源有关，一般高于α-淀粉酶。植物β-淀粉酶的相对分子质量约为56000（甘薯β-淀粉酶是一个四聚物），而微生物β-淀粉酶的相对分子质量在30000～160000。
不同来源的β-淀粉酶的最适温度不同，一般在45～70℃，其中微生物来源的β-淀粉酶比植物来源的耐热性更好，但其热稳定性普遍低于α-淀粉酶。其最适pH也与来源有关，通常比α-淀粉酶的最适pH要高，且催化反应不需要Ca2+。
β-淀粉酶存在于高等植物和微生物中，大麦芽、小麦、白薯和大豆中含量丰富。哺乳动物中没有发现β-淀粉酶，不过近年来已从少数微生物中发现有β-淀粉酶的存在。
麦芽糖在食品工业中有很大的用途，β-淀粉酶是麦芽糖生产的关键酶制剂。β-淀粉酶和α-淀粉酶一起在酿造工业中也非常重要。这两种酶作用淀粉产生的麦芽糖能被酵母麦芽糖酶快速地转变成葡萄糖，进而为酿造微生物所进一步利用。
（3）葡萄糖淀粉酶 葡萄糖淀粉酶（1，4-α-D-葡聚糖葡聚糖水解酶，EC 3.2.1.3），惯用名为淀粉葡萄糖苷酶，是一种外切（端解）、α→β转化糖苷酶，单独构成糖苷酶第15家族。葡萄糖淀粉酶从直链淀粉片段非还原末端依次水解α-1，4-糖苷键，一次切下一个葡萄糖单位，并且将水解得到的葡萄糖的还原端的异头碳由α-构型转变成β-构型，得到β-葡萄糖。尽管葡萄糖淀粉酶对α-1，4-糖苷键具有选择性，但也能缓慢作用于支链淀粉的α-1，6-键，水解α-1，6-糖苷键的速度为水解α-1，4-糖苷键速度的4%～10%。除此之外，葡萄糖淀粉酶还能缓慢水解淀粉分子的α-1，3-糖苷键。一些葡萄糖淀粉酶能作用天然（生）淀粉颗粒。葡萄糖淀粉酶彻底降解淀粉的唯一产物是葡萄糖。
葡萄糖淀粉酶主要来源于细菌和真菌，相对分子质量从37000～112000。葡萄糖淀粉酶有多种同工酶形式，不存在辅助因子，最适pH3.5～4.5，最适温度40～70℃。曲霉（Aspergillus）葡萄糖淀粉酶得到广泛使用，在pH3.5～4.5时活性高，且非常稳定，最适温度55～60℃。根霉（Rhizopus）葡萄糖淀粉酶已引起人们极大的兴趣，其同工酶也能迅速水解α-1，6-分支点。相对于其他作用淀粉的糖苷酶，葡萄糖淀粉酶作用淀粉的速度相对缓慢。
工业上大量用葡萄糖淀粉酶来作淀粉的糖化剂，并习惯地称之为糖化酶。工业上利用葡萄糖淀粉酶水解淀粉时，总是和α-淀粉酶一起使用，以加快水解速度和效率。
（4）淀粉脱支酶 淀粉脱支酶是水解支链淀粉和糖原分子中的α-1，6-糖苷键的一类酶的总称。根据作用方式的不同（表6-9），淀粉脱支酶分为普鲁兰酶（Pullulanase，EC 3.2.1.41，又称为I型普鲁兰酶），淀粉普鲁兰酶（Amylopullulanase，EC3.2.1.41，又称为II型普鲁兰酶）和异淀粉酶（Isoamylase，EC3.2.1.68）。
表6-9 淀粉脱支酶分类
注：①作用α-1，4-糖苷键；
②作用α-1，6-糖苷键；
—不作用α-1，4-糖苷键或α-1，6-糖苷键。
普鲁兰酶和异淀粉酶虽然均能水解α-1，6-糖苷键，但二者底物特异性却有较大的差异（表6-9和图6-29）。
图6-29 普鲁兰酶和异淀粉酶作用底物特征示意图
1—普鲁兰酶的最小底物2—异淀粉酶的最小底物3—淀粉脱支酶作用于底物
Ⅰ型普鲁兰酶专一性水解支链淀粉的α-1，6-糖苷键。Ⅱ型普鲁兰酶具有α-淀粉酶-普鲁兰酶复合活性，能同时水解淀粉中的α-1，4和α-1，6-糖苷键。普鲁兰酶可以水解α-极限糊精、β-极限糊精分子中由2～3个葡萄糖残基（α-1，4-糖苷键连接）所构成的侧支的α-1，6-糖苷键，但不能水解潘糖、异麦芽糖以及只含α-1，6-糖苷键的多糖，即它所切的α-1，6-糖苷键的两头至少要有2个以上的α-1，4-糖苷键。因此，普鲁兰酶与β-淀粉酶共同作用于淀粉时，能100%将其水解成麦芽糖。
异淀粉酶只能作用水解支链淀粉和糖原结构中的α-1，6-糖苷键，不能水解线性普鲁兰多糖。它虽可催化糖原α-1，6-糖苷键的水解，但却不能水解β-极限糊精分子中由2～3个葡萄糖残基（α-1，4-糖苷键连接）所构成的侧支的α-1，6-糖苷键，故与β-淀粉酶共同作用于淀粉时，不能100%将其水解成麦芽糖。
普鲁兰酶适宜作用较低分子质量糊精，能够高效地水解普鲁兰多糖，但是对大分子支链淀粉底物水解活力较低，对分支密集的糖原（又称肝糖，动物淀粉）几乎没有水解作用。异淀粉酶对大分子质量的支链淀粉和糖原表现出较高的水解活力，对低分子质量糊精水解活力较低，最小作用单位为麦芽三糖基麦芽四糖。
其他淀粉脱支酶有新普鲁兰酶（Neopullulanase，EC 3.2.1.125）和异普鲁兰酶（Isopullulanase，EC 3.2.1.57），分别作用于普鲁兰多糖分支点的非还原和还原末端α-1，4键，产生α-1，6分支三糖（潘糖和异潘糖）。
（5）环麦芽糊精葡聚糖转移酶 环麦芽糊精葡聚糖转移酶（CGT，1，4-α-D-葡聚糖4-α-D-[1，4-α-D-葡萄糖苷]-转移酶[环化]，EC 2.4.1.9，惯用名：环麦芽糊精转移酶）能够催化水解反应以及分子内和分子间转糖苷反应。环化反应生成六-（α）、七-（β）以及八-（γ）糖化物，通常称为环状糊精。
环麦芽糊精葡聚糖转移酶是一种内切、α→α保持型酶，相对分子质量主要约为75000，最适pH一般在5～6之间。近几年获得了耐热的环麦芽糊精葡聚糖转移酶，其最适温度从50～60℃提高到80～90℃。
上述几种淀粉酶的作用模式如图6-30所示。
图6-30 几种淀粉酶作用示意图
2.淀粉酶与食品工业
内源淀粉酶对一些富含淀粉的食品原料的品质会产生相当的影响，有的影响是我们所希望的，如红薯在贮藏中变甜；但有些是不希望的，如马铃薯在贮藏过程中淀粉被淀粉酶水解成还原糖，后者会对马铃薯的后续加工产生不利影响，如使油炸马铃薯条或马铃薯片颜色变深等。
淀粉酶是目前使用量最大的工业化酶制剂，在淀粉糖生产、酿造和烘焙等食品工业和食品分析中具有重要应用。
（1）淀粉糖工业 淀粉糖是食品工业的重要原料，是人们日常消费食糖的有益补充。淀粉糖是以谷物、薯类等农产品为原料，其中最主要的是玉米，水解、转化而成的。淀粉糖的种类很多，有葡萄糖系列产品（葡萄糖浆、结晶葡萄糖等）、果糖系列产品（结晶果糖、果葡糖等）、麦芽糖、低聚糖（低聚麦芽糖、低聚果糖等）、糊精和各种糖醇等。淀粉糖的应用除了可以代替蔗糖应用于饮料、糖果、糕点等各种食品外，在制药、发酵等行业应用非常普遍。随着酶工业的发展，酶法制备淀粉糖已经逐渐代替了传统的酸水解方法。目前，工业上用于淀粉糖生产的酶制剂有α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖糖化酶（糖化酶）、支链淀粉酶、异构酶、转苷酶（转移酶）等。酶法生产的淀粉糖有糊精、环状糊精、饴糖、麦芽糖、异麦芽糖、葡萄糖、果糖等。
工业上，淀粉的转化利用从淀粉浆料开始（图6-31）。首先加热使淀粉糊化，然后利用耐高温的α-淀粉酶（细菌淀粉酶）进行淀粉的液化，即将淀粉转变成直链和分支糊精混合物。然后，将上述水解产物进一步用α-淀粉酶水解成DE15～40的麦芽糊精，或利用葡萄糖淀粉酶（糖化酶）在添加或不添加支链淀粉酶的情况下将液化的淀粉和糊精水解成葡萄糖，得到DE值大于95的葡萄糖糖浆，或利用β-淀粉酶在添加或不添加支链淀粉酶的情况下将液化的淀粉水解成麦芽糖，得到麦芽糖产品。支链淀粉酶的添加有利于淀粉的彻底水解，得到高DE值的葡萄糖浆或高纯度的麦芽糖浆产品。DE95以上的葡萄糖糖浆可以通过结晶的方法生产结晶葡萄糖，也可将葡萄糖糖浆通过葡萄糖异构酶柱，得到含42%果糖（52%葡萄糖）的果葡糖浆，经工业色谱分离进一步得到含果糖90%以上的高果糖浆，再经结晶得到结晶果糖。另外，还可利用环糊精葡萄糖转移酶（CGTase）制备环状糊精等。
图6-31 酶法淀粉转化
涂黑的葡萄糖单元为还原末端
（2）酿造工业 麦芽是生产啤酒的主要原料。麦芽质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时，会造成淀粉酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足，使糖化不能充分，蛋白质降解不足，从而影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、β-葡聚糖酶等制剂，可以补充麦芽中酶活力不足的缺陷。
啤酒的酿造过程中制浆和调理两阶段都需要使用酶制剂，其主要工艺流程如图6-32所示。
图6-32 啤酒酿造工艺流程
其中蛋白酶可降解啤酒的蛋白质组分，防止啤酒冷浑浊，延长啤酒贮藏期；糖化酶能降解啤酒中的残留糊精，既保证了啤酒中最高的乙醇含量，又能增加了糖度。
酒精生产中大量使用淀粉酶。具体方法在淀粉质原料磨成的料浆中添加α-淀粉酶。采用低温蒸煮时，可加中温α-淀粉酶；采用中温蒸煮时，可加耐高温α-淀粉酶。糖化时，先将溶液冷却到60℃，然后加入葡萄糖淀粉酶。加酶的量应根据原料、糖化时间等综合因素来考虑。此外，酶制剂也广泛应用于果酒、白酒等的酿造，既可提高出酒率又能消除浑浊等。
食醋生产也开始使用淀粉酶。目前，一些醋厂采用纯酵母菌和固体糖化酶进行大罐低温、边糖化边发酵生产酒醅，再用醋酸菌，以池代缸，固体分层醋酸发酵，新工艺制醋大大提高了劳动生产率。
（3）烘焙食品 烘焙食品生产中涉及的糖酶中，α-淀粉酶应用最多。起初认为，淀粉酶添加到生面团中以降解破损淀粉和/或补充低质面粉（就烘焙而言）的内源淀粉酶活性，淀粉酶的主要作用是为酵母提供更多可发酵的碳水化合物。现在认识到，淀粉酶将降低生面团黏性、增加面包的体积、提高柔软度（抗老化）以及改善产品的外皮色泽。大部分效应都归因于焙烤过程中淀粉糊化时的部分水解。面团黏性的降低（变稀）可加快调制和烘焙过程中的传质和反应，帮助改善产品的质构和体积。
抗老化（回生、凝沉）效应被认为是支链淀粉以及直链淀粉的有限水解所产生的，淀粉分子的有限水解在一定程度上迟滞了糊化淀粉的老化，这也是到目前为止仍然在焙烤食品中应用α-淀粉酶的主要原因。然而，过量的α-淀粉酶会导致面包质地黏糊，其原因是这样会导致DP20～100的分支麦芽糊精的积累。
近年来发现，生麦芽糖类型的α-淀粉酶在抗老化方面性能与抗老化剂一样优越。相对于传统的α-淀粉酶的内切作用，生麦芽糖类型的α-淀粉酶能产生较短的低聚麦芽糖（DP7～9）以及较大的糊精（可起到增塑剂的作用）。因此，生麦芽糖酶能保持面包中糊化淀粉网状结构的完整性（柔软，但不黏糊），淀粉分子轻微的减小对保持面包的弹性、迟滞老化有利。
（二）乳糖酶
1.乳糖酶简介
β-D-半乳糖苷酶（EC3.2.1.23，乳糖水解酶）是一种广泛存在于各种动植物及微生物中的多功能酶，能够水解乳糖，同时也具有半乳糖苷转移活性。以乳糖为底物时，它能够切割乳糖的β-1，4-糖苷键，将游离半乳糖残基以β-1，3、β-1，4、β-1，6-糖苷键连接到其他糖分子上，形成非常好消化的功能性低聚糖-低聚半乳糖。β-D-半乳糖苷酶同样可以通过β-1，6-糖苷键催化半乳糖与其他糖（乳糖、半乳糖、果糖）的转糖苷反应，从而得到独特的DP2～5的低聚糖。
β-半乳糖苷酶归属于糖苷水解酶第1、2、35、42、59家族。该类酶主要以多肽链的四聚体存在，相对分子质量为90000～120000。不同微生物来源的乳糖酶构成了很宽范围的最适pH。细菌乳糖酶的最适pH为5.5～6.5，酵母乳糖酶为6.2～7.5，真菌乳糖酶为2.5～5.0。不同来源的乳糖酶的最适温度也不同。细菌和酵母乳糖酶的最适温度为35～40℃，而真菌酶的最适温度高达55～60℃。这种作用条件的多样性使得微生物β-D-半乳糖苷酶能够应用于酸性食品（酸乳清、发酵乳制品）、牛乳和甜乳清中。
2.乳糖酶与食品工业
乳糖水解后可以提高甜味、可发酵底物及还原糖的量，降低乳糖结晶的发生率（例如冰淇淋中的“砂质”）和使有乳糖不耐症的消费者（缺乏充足的乳糖酶）可以食用乳制品。乳糖水解可以在鲜奶中直接添加乳糖酶来实现。乳糖水解程度能够达到70%左右时进行巴氏杀菌，酶在巴氏杀菌中失活。乳清或乳清蛋白浓缩物可以用固定化的β-D-半乳糖苷酶来处理，乳糖水解程度可达到90%左右。
（三）果胶酶
1.果胶酶的分类及催化的反应
在高等植物的细胞壁和细胞间层中存在原果胶、果胶和果胶酸等胶态聚合碳水化合物，果胶酶就是水解这些物质的一类酶的总称。果胶酶广泛地分布于高等植物和微生物中，根据其作用底物的不同，可分为三类。两类（果胶甲酯酶和聚半乳糖醛酸酶）存在于高等植物和微生物，还有一类（果胶酸裂解酶）存在于微生物，特别是某些感染植物的致病微生物中。
（1）果胶甲酯酶 果胶甲酯酶（果胶果胶酰基水解酶，EC 3.1.1.11）水解果胶的甲酯键，产生果胶酸和甲醇。该酶有时还被称为果胶酯酶（Pectinesterase）、果胶酶（Pectase）、果胶甲氧基酶（Pectin methoxylase）、果胶脱甲氧基酶（Pectin demethoxylase）和果胶酯酶（Pectolipase）。当有二价离子如Ca2+存在时果胶被水解成果胶酸后会提高果蔬的质构强度，这是由于在Ca2+和果胶酸的羧基之间形成了桥联。
（2）聚半乳糖醛酸酶 聚半乳糖醛酸酶（聚-α-1，4-半乳糖醛酸苷糖基水解酶，EC 3.2.1.15）水解脱水半乳糖醛酸单位之间的α-1，4-糖苷键，同时存在着内切-和端解-聚半乳糖醛酸酶。端解型水解聚合物末端的糖苷键，而内切型作用于分子内部的糖苷键。由于果胶甲酯酶能快速地将植物中的果胶转变成果胶酸，因此对植物是否同时含有聚甲基半乳糖醛酸酶（作用于果胶）和聚半乳糖醛酸酶（作用于果胶酸）有不同意见。聚半乳糖醛酸酶的作用是使果胶酸水解，导致一些食品材料如番茄的质构显著下降。
（3）果胶酸（盐）裂解酶 果胶酸（盐）裂解酶[聚（1，4-α-D半乳糖醛酸酐）裂解酶，EC 4.2.2.2]在没有水参与的情况下通过β-消去将果胶和果胶酸的糖苷键裂开。按此方式裂开糖苷键生成一个含有还原基团的产物和一个含有双键（失去基团）的产物。它们存在于微生物而不存在于高等植物。
2.果胶酶与食品工业
果胶酶在食品工业中具有很重要的作用。果胶酶主要用于果汁加工，其作用包括两个方面：提高得率和澄清果汁。
一些水果，例如无花果、葡萄和中华猕猴桃在破碎后具有很高的黏稠性，仅仅依靠压榨的方法很难提高果汁的提取率。一般先将采收的果实洗净，接着在破碎果实时加入果胶酶制剂，然后将果酱在搅拌的情况下保温一段时间。由于水果中的果胶物质被果胶酶降解而使果酱的黏度下降，然后采用压榨或离心的方法很容易将果汁和残渣分离开来，从而提高了果汁的得率。
对于苹果来说，未经果胶酶处理直接压榨也有可能得到高产量的混浊汁，但是必须用果胶酶处理混浊汁后，才有可能用离心的方法将导致果汁混浊的粒子沉淀下来。曾对果胶酶澄清苹果汁的机制作了许多研究工作，一般认为苹果汁中的混浊粒子是蛋白质-碳水化合物复合物，其中蛋白质占36%。在苹果汁的pH3.5左右条件下，粒子表面带负电荷，显然这些负电荷是由果胶和其他多糖提供的。在果胶等构成的保护层里面则是带正电的蛋白质，果胶部分水解后使带正电的蛋白质暴露出来，当它们和其他带负电荷的粒子相撞时，就能导致絮凝作用。于是，可以下这样的结论：苹果汁的澄清包括酶催化果胶解聚和非酶的静电相互作用两个阶段。在葡萄汁生产中，应用果胶酶处理葡萄汁，不仅产品的感官质量好，而且葡萄的出汁率也能大大提高。
柑橘汁的色泽和风味依赖于果汁中的混浊成分，混浊是由果胶、蛋白质构成的胶态不沉降的微小粒子形成。若橘汁中果胶酶不失活，其作用结果会导致柑橘汁中的果胶分解，橘汁沉淀、分层，从而成为不受欢迎的饮料。因此，在柑橘汁加工时必须通过热处理使果胶酶失活。另外，在提取植物蛋白时常使用果胶酶处理原料以提高蛋白质的得率。
（四）纤维素酶
1.纤维素酶简介
纤维素酶是由多种水解酶组成的一个复杂酶系，主要由内切β-葡聚糖酶、外切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等组成。作用于纤维素及其降解的中间产物的酶可被分为4类。
（1）内切葡聚糖酶 内切葡聚糖酶[Endoglucanases，1，4（1，3；1，4）-β-D-葡聚糖4-葡聚糖水解酶]作用于纤维素纤维内部的非结晶区，随机水解β-1，4-糖苷键，将长链纤维素分子截短，产生大量带非还原性末端的小分子纤维素。作用于棉花和微晶纤维素结晶区时没有活性。能水解可溶性底物，例如羧甲基纤维素和羟甲基纤维素。由于是内切酶，可使反应体系的黏度迅速下降，而还原基团增加的速度相对较低。反应后期的产物包括葡萄糖、纤维二糖（Cellobiose）和不同相对分子质量的纤维糊精（Cellodextrins）。
（2）外切葡萄糖水解酶 外切葡萄糖水解酶（Exoglucohydrolases，1，4-β-D-葡聚糖葡萄糖水解酶，EC 3.2.1.74）从纤维糊精非还原性末端依次将葡萄糖单位水解下来。水解的速度随底物链长的减小而降低。
（3）纤维二糖水解酶 纤维二糖水解酶（Cellobiohydrolases，1，4-β-D-葡聚糖纤维二糖水解酶，EC 3.2.1.91）是外切酶，它降解无定形纤维素的方式是从纤维素的非还原性末端依次切下纤维二糖。纯的纤维二糖水解酶对棉花几乎没有活性，然而能水解微晶纤维素中40%可以水解的键。由于是端解酶，其作用使体系黏度下降的速度相对地低于还原糖增加的速度。内切葡聚糖水解酶和纤维二糖水解酶作用于结晶纤维素时显示出协同作用，有关的机制还不清楚。
（4）β-葡萄糖苷酶β-葡萄糖苷酶（β-Glucosidase，β-D-葡萄糖苷葡萄糖水解酶，EC 3.2.1.21）将纤维二糖分解成葡萄糖和从小纤维糊精的非还原性末端切下葡萄糖。与外切葡萄糖水解酶不同，β-葡萄糖苷酶水解的速度随底物分子变小而增加，以纤维二糖为底物时水解速度最快。
2.纤维素酶与食品工业
水果和蔬菜含有少量的纤维素，而且它的存在影响着细胞的结构。不过有关四季豆和美国豌豆荚的软化是否主要是由纤维素酶的作用引起仍然有争议。
纤维素酶作用于纤维素可使植物性食品原料中的纤维素增溶和糖化，这对食品工业具有重要意义。在果蔬汁生产中已有应用微生物纤维素酶破坏细胞壁从而提高提汁率的成功实例。然而，总体来看，目前市场上还缺乏能快速降解不溶解的纤维素的工业酶制剂，纤维素酶在食品工业中的应用仍然很少。从长远的观点来看，纤维素酶有可能在工业化的规模上将废纸和锯屑等富含纤维素的废物转变成食品原料。
（五）半纤维素酶
1.半纤维素酶简介
半纤维素酶是能分解半纤维素的一种酶类，属于水解酶类。半纤维素是植物细胞壁的一种组成成分，主要是木糖的聚合物（木聚糖）、阿拉伯糖的聚合物（阿拉伯聚糖）或者木糖和阿拉伯糖的聚合物（阿拉伯木聚糖）。水解木聚糖和阿拉伯木聚糖的酶称为木聚糖酶。
木聚糖的结构比较复杂，由D-吡喃木糖通过β-1，4-糖苷键构成木聚糖主链，L-呋喃阿拉伯糖基以寡糖侧链的形式在木糖的C（O）-2和C（O）-3位进行取代。木聚糖酶系主要包含：①内切-β-木聚糖酶（EC 3.2.1.8）；②外切木聚糖酶（EC 3.2.1.92）；③β-木糖苷酶（EC 3.2.1.37）。要彻底水解木聚糖，除了上述木聚糖酶外还需要乙酸酯酶（EC.3.1.1.6）、α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶（EC.3.2.1.55）和α-葡萄糖醛酸酶（EC.3.2.1.1）。
2.半纤维素酶与食品工业
（1）面粉和烘焙工业 在面粉和烘焙工业中，木聚糖、阿拉伯木聚糖等也称戊聚糖，水解他们的酶也称戊聚糖酶。大多数谷物的糊粉层细胞外薄壁和胚乳层细胞外薄壁60%～70%是由戊聚糖构成。根据戊聚糖在水中的溶解性可以将其分为水可溶性戊聚糖和水不可溶性戊聚糖两大类。小麦戊聚糖的分支程度相对较低，未被取代的木糖残基很多、单取代和双取代的数量相当。戊聚糖在阿拉伯糖的C（O）-5位上常有一酯键相连的阿魏酸，这种阿拉伯糖基常常连在木糖残基的C（O）-3位上。阿魏酸的存在对于戊聚糖的功能特性有重要的作用。
戊聚糖酶在面粉和烘焙行业得到了较为广泛的应用。戊聚糖酶的添加可以使戊聚糖发生降解，提高面团的机械调理性能，使面包的体积有较大的增加，对面包的表皮质量、形状、包心色泽及纹理结构也有较好的改良效果。当戊聚糖酶与α-淀粉酶复合使用时，可表现出较好的协同增效作用。戊聚糖酶也可用于馒头粉的品质改良，它可使馒头的体积更大，外形更挺，表皮光滑明亮，结构均匀，并具有较好的二次增白作用。
（2）果蔬加工和酿造工业 木聚糖酶与果胶酶和纤维素酶合用可使柑橘类果汁澄清；木聚糖酶用以处理咖啡豆，可使咖啡的抽提率增加；木聚糖酶处理大豆，可提高植物油的浸出率；在酒精发酵工业中，应用木聚糖酶可以增加发酵原料的利用率，提高发酵率。
（3）低聚木糖生产 玉米芯等农副产品富含木聚糖，是生产木糖、木糖醇、低聚木糖等食品添加剂的理想原料。低聚木糖的生产是利用内切木聚糖酶将木聚糖水解成聚合度为2～7的木寡糖。要生产出高纯度的低聚木糖，需选择产内切木聚糖酶活力高而外切木聚糖酶和β-木糖苷酶活力低的木聚糖酶（系）。若能筛选到同时含有水解木聚糖侧链的乙酸酯酶和阿拉伯糖苷酶的酶系则更为理想。
（一）蛋白酶分类
蛋白酶的种类很多，分类比较复杂。根据蛋白酶的作用方式可分为两大类：内切酶和端解（外切）酶。端解酶又可根据其开始作用的肽链末端分成氨肽酶和羧肽酶。前者从肽链的氨基末端开始水解肽键，后者从肽链的羧基末端开始水解肽键。根据其最适pH的不同，蛋白酶又可分为酸性蛋白酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶。根据其活性中心的化学性质（必需的催化基团）不同，蛋白酶又可分为丝氨酸蛋白酶（活性中心含有丝氨酸残基）、巯基蛋白酶（活性中心含有巯基）、金属蛋白酶（酶活性中心含有金属离子）和酸性蛋白酶（酶活性中心含两个羧基）。
丝氨酸蛋白酶包括胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）、胰蛋白酶（Trypsin）、弹性蛋白酶（Elastase）和凝血酶（Thrombin）以及微生物蛋白酶枯草杆菌蛋白酶（Subtilisin，Bacillus subtilis EC 3.4.21.14）等。丝氨酸残基的羟基是酶的活性部位中的必需基团。
巯基蛋白酶（或半胱氨酸蛋白酶）包括高等植物中的木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶和菠萝蛋白酶以及微生物蛋白酶链球菌蛋白酶（Streptococsus cysteine proteinase EC 3.4.22.10）等。半胱氨酸残基的巯基是酶活性部位中的必需基团。
含金属蛋白酶主要包括肽链端解酶（Exopeptidases）。例如羧肽酶A（Carboxypeptidase A EC 3.4.17.1），酶的活性部位中含有必需的Zn2+。
天冬氨酸蛋白酶的活性部位中含有两个天冬氨酸残基的羧基作为必需的催化基团，这类蛋白酶也被称为羧基蛋白酶（Carboxyl proteases），鉴于这类蛋白酶的最适pH范围是2～4，因此也被称为酸性蛋白酶。
根据来源，蛋白酶又可分成动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。
（二）蛋白酶催化蛋白质水解的过程与控制
食品加工中广泛通过蛋白酶催化蛋白质水解来改进食品蛋白质的性质。在利用蛋白酶的作用将食品蛋白质改性和制备水解蛋白质时，控制蛋白质的水解程度是至关重要的。
蛋白酶催化蛋白质水解过程与控制的基本反应：(www.xing528.com)
（1）肽键的打开
（2）质子交换
（3）氨基的滴定
根据上述反应，可以采用pH-stat方法来控制蛋白质的水解度（DH）。这个方法的基本原理如下：
DH的定义
当肽键水解裂开后，紧接着在羧基（pKc≈4）和α-氨基（pKa≈7.5）之间产生质子交换作用。当蛋白质的酶水解过程在pH6.5以上进行时，质子化的氨基酸将离解。如果要保持反应体系pH不变，就必须加入碱液。碱液的消耗正比于被水解的肽键的数目：
式中 B—碱消耗的当量数；
h—被水解的肽键的当量数；
α—α-氨基的平均离解常数。
那么根据定义，DH可按下式计算；
式中 h总—蛋白质中总的可被水解的肽键数。
在许多蛋白质中，氨基酸的平均相对分子质量约为125，每千克蛋白质（6.25×N）的h总≈8。显然，上述pH-stat法控制蛋白质水解度的方法只适合中性或碱性蛋白酶催化的蛋白质水解。
（三）蛋白酶与食品工业
蛋白质是食品中的主要营养物质之一。在人和哺乳动物的消化道中存在多种蛋白酶，如胃黏膜细胞分泌的胃蛋白酶，它可将各种水溶性的蛋白质分解成多肽；胰腺分泌的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶和羧肽酶等内切酶和端解酶，可将多肽链水解成寡肽和氨基酸。人体摄取的蛋白质就是在消化道中蛋白酶的作用下，被消化成氨基酸而被吸收的。
许多受人欢迎的食品，例如奶酪、啤酒和酱油和一些食品配料的制造过程中包含蛋白酶催化降解蛋白质这一关键性的反应。催化食品蛋白质降解的酶有三种来源：①存在于食品原料中的内源蛋白酶；②由生长在食品原料中的微生物所分泌的蛋白酶；③加入到食品原料中的蛋白酶制剂。这些蛋白酶包括木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、凝乳酶、枯草杆菌蛋白酶、嗜热菌蛋白酶等。蛋白酶在食品加工中的应用主要有以下几个方面。
1.肉品嫩化
在动物组织细胞的溶酶体中有一种组织蛋白酶，最适pH 5.5。当动物死亡之后，随着组织的破坏和pH的降低，组织蛋白酶被激活（Ca2+激活蛋白酶），它对肌球蛋白-肌动蛋白复合物的作用是使肌肉变得柔软和多汁。也可将外源蛋白酶如木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶加入到等级较低的肉中，通过它们将弹性蛋白和胶原蛋白部分水解而使肉嫩化。
2.啤酒澄清
啤酒在低温下保藏经常会产生混浊现象。混浊物质主要由蛋白质（15%～65%）和多酚类化合物（10%～35%）构成。除此之外，还有少量的碳水化合物。减少啤酒混浊现象的一个方法是在啤酒巴氏杀菌之前加入蛋白酶，以除去啤酒中的蛋白质。经常使用的是木瓜蛋白酶。由于木瓜蛋白酶具有很高的耐热性，因此在啤酒经巴氏杀菌后，酶活力仍有残存的可能。
3.奶酪生产
凝乳酶水解牛乳中的κ-酪蛋白Phe105-Met106之间的一个肽键，使酪蛋白胶束失去稳定性，随即聚集成一个凝块（农家干酪）。在砖状干酪成熟期间特意加入的微生物蛋白酶还有助于风味物的形成。
4.水解蛋白生产
蛋白酶广泛用于水解蛋白生产。利用脱脂大豆片为原料生产大豆蛋白水解产物是食品加工中的一个新应用领域。大豆蛋白水解物可用于软饮料以强化营养成分，改善蛋白类食品的质地和风味，或用于制造外科手术病人的疗效食品，或有消化障碍的病人食品等。以下为以大豆粉为原料酶法生产可溶性水解蛋白的生产流程如图6-33所示。
5.明胶生产
明胶能够形成热可逆性的凝胶体，对于改变食品的质地非常有用，常用于肉类和奶制品工业。过去采用石灰法生产明胶，存在污染大、产品质量不稳定等缺点。目前可以采用酶法处理来生产明胶，即采用合适的蛋白酶对胶原蛋白进行处理，再用热水浸提，使胶原的螺旋结构受到破坏，得到明胶溶液。酶法生产明胶的流程图如图6-34所示。
图6-33 可溶性水解蛋白生产工艺
图6-34 酶法生产明胶工艺流程
6.豆奶生产
传统的豆奶生产方式是将完整的大豆浸泡，然后磨碎、煮沸、过滤或离心制得。由于其性能及风味问题，不易为人们广泛接受。如在加工过程中使用酶制剂脱腥脱苦，就能大大改善其品质。目前在生产豆奶的过程中，使用蛋白酶和果胶酶，提高了可溶性物质的得率，使蛋白质和脂肪的含量明显增加，风味也大为改善。
7.酱油等调味料生产
利用蛋白酶催化大豆水解，不仅使酱油生产周期大大缩短，而且还可以提高蛋白质的利用率和改善食品的风味。此外，在牛肉汁和鸡汁的生产中常用蛋白酶提高产品收率，如果将酸性蛋白酶在中性pH条件下处理冻鱼类，可以脱除腥味。
在医药上还常用胰酶来制造各种医用的蛋白质水解物，如对钙、铁、锌等二价金属离子的吸收有促进作用的酪蛋白磷酸肽（CPP）等。近年来，利用蛋白酶水解制备生物活性肽的研究报道也越来越多。
（一）脂肪酶简介
脂肪酶（triacylglycerol acylhydrolases，E.C.3.1.1.3），又称脂酶、脂肪水解酶、甘油三酯酰基水解酶，广泛存在于含有脂肪的动物、植物和微生物组织中。动物胰脏和微生物是脂肪酶的主要来源。
从已知结构的几种脂肪酶来看，其相对分子质量在20000～60000。脂肪酶不同活性的发挥依赖于反应体系的特点，如在油水界面催化酯水解，而在有机相中可以酶促合成和酯交换。脂肪酶的最适pH常因底物、脂肪酶的纯度等变化而变化，但多数脂肪酶的最适pH在8～9，也有部分脂肪酶的最适pH偏酸性。微生物分泌的脂肪酶最适pH在5.6～8.5。脂肪酶的最适温度也因来源、作用底物等条件不同而有差异，大多数脂肪酶的最适温度在30～40℃范围之内。除了温度对脂肪酶的活性有影响外，盐对脂肪酶的活性也有一定影响，对脂肪具有乳化作用的胆酸盐能提高酶活力，重金属盐一般对脂肪酶具有抑制作用，Ca2+能活化脂肪酶并可提高其热稳定性。
（二）脂肪酶催化的反应
脂肪酶能够水解处于油/水界面上的甘油三酯的酯键。脂肪酶一般按如下步骤水解甘油三酯：
脂肪酶的专一性包括四类：甘油酯专一性、位置专一性、脂肪酸专一性和立体定向专一性。甘油酯专一性是指酶优先水解低相对分子质量的甘油三酯而不是高相对分子质量底物。
最著名的位置专一性实例是胰脂酶，它仅水解甘油三酯的1，3位置的酯键。能水解甘油三酯的第一和第二位置的酯键的脂肪酶制剂或许含有不止一种酶，它可能含有甘油三酯脂酶和甘油一酯脂酶。目前还未见仅能水解甘油三酯分子中第二位置酯键的脂酶的报道。第二位酯键在非酶异构后转移到第一位或第三位，然后经脂酶作用完全水解成甘油和脂肪酸。
脂肪酸专一性是指脂肪酶在水解一类脂肪酸形成的酯键时比另一类脂肪酸形成的酯键来得快，而这两类脂肪酸结合于相似的甘油三酯的同一位置。虽然区分甘油酯专一性和脂肪酸专一性是困难的，但是确有一个脂肪酸专一性的重要例子，这就是微生物白地霉脂酶对油酸的专一性。不管油酸在甘油三酯分子中所处的位置，它总是被优先地水解。然而，少量别的脂肪酸也被释放出来。
脂肪酶只作用甘油—水界面的脂分子，增加油水界面能提高脂肪酶的活力，所以，在脂肪中加入乳化剂能大大提高脂肪酶的催化能力。脂肪酶除可催化甘油酯水解外，还可催化酯化、转酯、酯交换、对映体拆分等化学反应。不同来源脂肪酶可催化同一反应，但在相同反应条件下，催化效率不同。
（三）脂肪酶与食品工业
1.对食品风味的影响
脂肪酶对一些含脂食品的品质有很大的影响。含脂食品如牛乳、奶油、干果等产生的不良风味，主要来自脂肪酶的水解产物（水解酸败）。水解酸败又能促进氧化酸败。当然，在食品加工中脂肪酶作用所释放一些的短链游离脂肪酸（丁酸、己酸等），当浓度低于一定水平时，会产生良好的风味和香气。例如，当牛乳和干酪的酸价分别为1.5mg KOH/g和2.5mg KOH/g时，产品会有较好的风味，但当酸价大于5mg KOH/g时，产品会有陈腐气味、苦味或者类似山羊的膻气味。
2.在食品加工中的应用
如上所述，脂肪酶除可催化甘油酯水解外，还可催化酯化、转酯、酯交换、对映体拆分等化学反应。这种多样性能使得脂肪酶在食品、洗涤剂、药、皮革、纺织、化妆品和造纸等产业都有而很广泛的应用。这里重点介绍其在食品工业中的应用。
（1）油脂水解 在脂肪酸与肥皂工业中利用脂肪酶催化脂肪水解得到脂肪酸和甘油。由于一般水解反应时，固体油脂在反应系统中极难分散，反应速度缓慢。在水-有机溶剂二相反应系统进行脂肪酶法水解，水解速度可以提高。例如，将牛脂溶于适当的有机溶剂中，使含有基质的有机溶剂充分分散于水相中，可以提高反应速度。反应生成的脂肪酸和甘油分别分配于有机相和水相进行分离回收，48h后，牛油的分解率可达100%。
采用脂肪酶水解可食用油脂在技术上是可行的，但是是否应用于实际生产取决于它和其他技术（例如蒸汽裂解）的竞争。从天然的甘油三酯制备有价值的和不稳定的多不饱和脂肪酸时，由于酶法处理较化学方法来得温和，将会优先考虑采用脂肪酶水解的方法。
（2）油脂改性 采用脂肪酶将甘油三酯改性是脂肪酶在食品工业中最具有吸引力的应用。在这项应用中，最关键的因素是脂肪酶对甘油三酯中酰基残基的位置和性质的专一性。自20世纪60年代末起，油脂工业界开始探索如何利用脂肪酶的专一性，其中一个重要的目标是从较易得到的甘油三酯通过脂肪酶催化的酯交换反应生产新的品种的甘油三酯，后者具有期望的熔点或其他性质。图6-35所指出的由脂肪酶催化的酯交换反应需在非水环境下才可能实现，如果有水存在，脂肪酶将快速地水解甘油三酯。实现此过程的关键是将具有期望的专一性的脂肪酶制剂制备成固定化脂肪酶制剂。
图6-35 通过酯交换反应制备具有期望熔点的甘油三酯
通过酯交换反应可以将低价值的脂肪转变成更高利用价值的脂肪，例如用棕榈油来制造可可脂，用菜油生产生物柴油等。酯交换反应已应用于油脂的多不饱和脂肪酸的强化，例如模拟母乳脂肪的生产中。
（3）酯合成 现在越来越多地考虑采用酶法代替化学法来生产乳化剂和风味剂。采用脂肪酶催化酯合成的反应过程见图6-36。
图6-36 脂肪酶催化酯合成反应
L-抗坏血酸棕榈酸酯被广泛地用作脂溶性抗氧化剂及营养强化剂。抗坏血酸棕榈酸酯是由L-抗坏血酸酯化而得，同L-抗坏血酸相比，其抗氧化性有了显著的提高，同时由于棕榈酸基的植入，使得它既有亲水的抗坏血酸基，又有亲油的棕榈酸基，从而成为一种优良的表面活性剂。此外，它还具有极强的抗癌和抗肿瘤功效。蔗糖月桂酸酯具有乳化、抗菌等功能。近年来，已有许多有关应用酶作为催化剂来合成L-抗坏血酸棕榈酸酯、蔗糖月桂酸酯等乳化剂的研究报道。
脂肪酶在一定条件下能催化脂肪酸与甘油间的酯化反应，从而把油中的大量游离脂肪酸转变成中性甘油酯，这样既降低了酸值，又增加了中性甘油酯的量，实现油脂的生物精炼脱酸处理。脂肪酶催化的酯合成反应也可应用于合成磷脂的生产中。
通常情况下，芳香和香味成分是由化学合成或从天然来源中提取的。然而，从植物中提取芳香物质的量有限，无法满足人们的需求，因此目前开始转向用生物技术的方法生产。目前国内外已多见用微生物酶法合成芳香化合物的报道，例如，采用固定化毛霉脂肪酶催化己醇和三乙酰甘油酯在正十六烷中进行转酯反应和用Rhizopus oryzae干菌丝体在有机相中有选择地催化不同芳香酯（乙酸己酯、丁酸己酯、乙酸香叶酯和丁酸香叶酯）的合成等。
（4）食品风味改善 在奶酪生产中，脂肪酶将脂肪降解为游离脂肪酸，游离脂肪酸分解形成有挥发性的脂肪酸、异戊醛、二乙酰、3-羟基丁酮等呈味物质，改善了奶酪风味，并产生特殊香味。脂肪酶还能催化脂肪释放中链（C12，C14）脂肪酸产生爽滑感。释放出游离脂肪酸参与化学反应，诱发合成乙酰乙酸、β-酮类酸、甲基酮、香味酯和内酯等香味成分。也有报道称用产朊假丝酵母（Candidautilis）发酵脂肪酶处理的牛肉汁或黄油，可产生类似牛肉或蓝纹奶酪的风味物质。
在瘦肉的生产过程中，也通过添加脂肪酶来除去多余的脂肪；在香肠生产过程中发酵这一步脂肪酶也起着非常重要的作用，它决定了成熟过程中长链脂肪酸的释放；脂肪酶也被用于改进大米的风味，改良豆浆口感等。
（一）脂肪氧合酶简介
脂肪氧合酶（亚油酸：氧氧化还原酶；EC 1.13.11.12）广泛地存在于植物中，在各种植物的种子，特别是豆科植物的种子中含量丰富，尤其在大豆中的含量最高。
脂肪氧合酶对底物具有高度的特异性，它作用的底物是脂肪，在其脂肪酸残基上必须含有一个顺，顺戊二烯[1,4]单位（—CH=CH—CH—CH=CH2—）的结构。必需脂肪酸亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸都含有这种结构，所以都能被脂肪氧合酶所利用，特别是亚麻酸更是脂肪氧合酶的良好底物。
（二）脂肪氧合酶催化的反应
脂肪氧合酶的作用机制如图6-37所示：第1步反应是脂肪氧合酶作用于脂肪酸，有选择性地取走一个氢，形成脂肪酸自由基；第2步是脂肪酸自由基被异构化，脂肪酸残基上原来的顺，顺戊二烯[1,4]单位变成顺，反戊二烯[1,3]单位；第3步是O2接到异构化的脂肪酸自由基上，形成过氧化物自由基；第4步是脂肪酸过氧化物自由基得到一个质子形成脂肪酸氢过氧化物。
氢过氧化物进一步非酶氧化形成醛（包括丙二醛）和其他会产生不良风味和气味的组分。
图6-37 脂肪氧合酶催化的反应机制
（三）脂肪氧合酶与食品工业
脂肪氧合酶催化脂肪酸反应形成的自由基和氢过氧化物会造成叶绿素、类胡萝卜素等天然色素氧化褪色，在面团中形成二硫键和破坏维生素，还会氧化破坏蛋白质中的半胱氨酸、酪氨酸、组氨酸和色氨酸等氨基酸残基，降低蛋白质的营养价值。
归纳起来，脂肪氧合酶对于食品有6个方面的功能，有的是有益的，有的是有害的。两个有益的是：①小麦粉和大豆粉的漂白；②在制作面团过程中形成二硫键（依靠脂肪氧合酶的作用可以免加化学氧化剂，例如碘酸钾）。四个有害的是：①破坏叶绿素和胡萝卜素；②产生氧化性的不良风味，它们具有青草味的特征：③使食品中的维生素和蛋白质类化合物遭受氧化性破坏；④使食品中的必需脂肪酸，例加亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸遭受氧化性破坏。
由于脂肪氧合酶耐受低温的能力强，因此在低温下贮藏的青豆、大豆、蚕豆等最好也经过热烫处理，使脂肪氧合酶钝化，否则易造成质量劣变。在加工豆奶时，将未浸泡的脱壳大豆在80～100℃的热水中研磨，可以有效地防止脂肪氧合酶作用产生豆腥味。控制食品加工时的温度是使脂肪氧合酶失活的有效方法。
（一）多酚氧化酶简介
多酚氧化酶（1，2-苯二酚：氧氧化还原酶；EC 1.10.3.1）经常被称为酪氨酸酶、多酚酶、酚酶、儿茶酚氧化酶、甲酚酶或儿茶酚酶，广泛存在于植物、动物和微生物（尤其是霉菌）中。在果蔬中，多酚氧化酶分布于叶绿体和线粒体中。
多酚氧化酶的最适pH常随酶的来源不同或底物不同而有差别，但一般在4～7之内。同样，不同来源的多酚氧化酶的最适温度也会有所不同，一般多在20～35℃。在大多数情况下，从细胞中提取的多酚氧化酶在70～90℃下热处理短时间就可能发生不可逆变性。低温也会影响酶的活力，较低温度可使酶失活，但这种酶的失活是可逆的。阳离子洗涤剂、Ca2+等能活化多酚氧化酶。抗坏血酸、二氧化硫、亚硫酸盐、柠檬酸盐等都对多酚氧化酶有抑制作用，苯甲酸、肉桂酸等有竞争性抑制作用。
（二）多酚氧化酶催化的反应
多酚氧化酶能催化酚类物质发生两类不同的反应，即单酚的羟基化反应和多酚的氧化反应。单酚羟基化反应的产物邻-二酚可以在该酶的作用下进一步被氧化成邻—苯醌。
多酚氧化酶作用的底物主要有一元酚、邻二酚、单宁类和黄酮类化合物。通常，在酶作用下反应最快的是邻二酚，如儿茶酚、咖啡酸、原儿茶酸、绿原酸。其次是对位二酚。间位二酚不能作底物，甚至还对酚酶有抑制作用。
邻-苯醌不稳定，会进一步经受与O2的非酶催化氧化和聚合反应形成黑色素。
（三）多酚氧化酶与食品工业
邻-苯醌进一步与O2的非酶催化氧化和聚合反应形成的黑色素是导致香蕉、苹果、桃、马铃薯、蘑菇、虾和人（雀斑）不期望的褐变和茶、咖啡、葡萄干、梅和人皮肤色素的期望褐变和黑色的原因。邻—苯醌与蛋白质中赖氨酸残基的ε-氨基反应导致蛋白质的营养质量损失和不溶化。褐变反应也会造成质构和味道的改变。
少数的由多酚氧化酶导致的酶促褐变是我们期望的，如红茶、可可和某些干果（葡萄干、梅干）的加工等都需要一定程度的褐变。然而，大多数酶促褐变会对食品特别是新鲜果蔬的色泽造成不良影响，必须设法加以防止。
食品发生酶促褐变，必须具备3个条件：组织中有多酚类底物和多酚氧化酶以及与空气接触。苹果、梨、香蕉、马铃薯、蘑菇、茶叶等都易发生褐变，而橘子、柠檬、西瓜等则因缺乏多酚氧化酶而不会发生酶促褐变。
为防止食品发生酶促褐变，需消除多酚类底物、多酚氧化酶和氧气三者中任意一个因素。要除去食品中的多酚类物质不仅困难，而且也不现实，故控制酶促褐变的方法主要是从控制酶和氧两方面入手。
（1）加热处理 对新鲜果蔬进行适当的热处理，使酚酶失活。虽然来源不同的多酚氧化酶对热的敏感程度不同，但在70～95℃加热约7s可使大部分多酚氧化酶失去活性。这是普遍使用的控制酶促褐变的方法。
（2）调节pH多数酚酶的最适合pH范围在6～7，pH在3.0以下，酚酶几乎完全失去活性。例如，苹果在pH3.7时褐变速度大减，在2.5时褐变完全被抑制。常用的酸有柠檬酸、苹果酸、磷酸、抗坏血酸等以及它们的混合物。
（3）加入还原性化合物 抗坏血酸、亚硫酸氢钠和巯基化合物能将邻-苯醌还原成底物从而阻止黑色素的形成。当所有的还原性化合物被耗尽，褐变仍能发生，显然这是因为酶有活力。抗坏血酸具有双重作用，除了降低pH外，还具有还原作用。
（4）加入螯合剂 多酚氧化酶是一种含铜的酶。柠檬酸、亚硫酸钠和巯基化合物能去除活性部位中必需的Cu2+而直接导致酶的失活。柠檬酸对多个氧化酶的抑制有双重作用，既可降低pH，又可螯合多酚氧化酶的铜辅基。
（5）除去氧 真空和充氮包装等措施可以有效地防止或减缓多酚氧化酶引起的酶促褐变。
（一）过氧化物酶简介
过氧化物酶[peroxidase，POD，EC 1.11.1.7（X）]是一类广泛存在于各种动物、植物和微生物体内的氧化酶。在植物过氧化物酶中，对辣根过氧化物酶（Horseradish peroxidase，HRP）研究得最清楚。在结构上，过氧化物酶都含有一个血色素作为辅基。过氧化物酶催化的反应如下：
其中ROOH可以是过氧化氢或有机过氧化物，例如过氧化甲基或过氧化乙基。AH2是电子供体，当ROOH还原时，AH2被氧化。AH2可以是抗坏血酸盐、酚、胺类或其他还原性强的有机物。这些还原剂被氧化后多产生颜色，因此，可用比色法来测定过氧化物酶的活性。
过氧化物酶具有很高的耐热性。当热处理温度不超过80～90℃时，过氧化物酶的热失活具有双相特征，而且其中的每一相都遵循一级动力学。图6-38是在88℃热处理整粒甜玉米时过氧化物酶的热失活曲线。
该曲线包括3部分：最初的陡峭直线部分、中间的曲线部分和最后的平缓直线部分。最初的直线部分代表酶的热不稳定部分的失活，最后的直线部分代表耐热部分的失活，而曲线部分则可以认为是一个过渡区域。延长图6-38中代表酶的耐热部分的直线至零时间，就可以估算出酶的耐热部分的活力在总的酶活力中所占的比例。
图6-38在88℃热处理整粒甜玉米时过氧化物酶的热失活曲线，采用邻-苯二胺作为电子给予体测定酶活力
（二）过氧化物酶与食品工业
过氧化物酶存在于所有的高等植物中，也存在于牛奶中。经热处理的过氧化物酶在常温保藏过程中其活力可部分地恢复，即过氧化物酶会部分再生。这是过氧化物酶另一个重要特征。这一现象在蔬菜的高温瞬时（HTST）热处理中特别明显，在热处理后的几小时或几天内甚至在冷冻保藏几个月后都会出现过氧化物酶活力的再生。这在食品加工与保藏中应引起足够的重视。
在果蔬加工过程中，应采用导致不良风味形成的主要酶种作为判断食品热处理是否充分的指标。例如，脂肪氧合酶被认为是导致青刀豆和甜玉米产生不良风味的主要酶种，而胱氨酸裂解酶是导致冬花椰菜和花椰菜不良风味形成的主要酶种。然而，鉴于过氧化物酶是一个非常耐热的酶，广泛存在于植物组织和大多数果蔬中，且易于检测，因此常利用它作为选择热处理条件的指标。然而，为了使蔬菜中过氧化物酶的耐热部分完全失活，并且防止其在随后的加工和保藏中再生，需要施加的热处理量是很高的，这往往会对产品的质量特别是质构产生不良影响。因此，在确定果蔬的热烫条件时，多少过氧化物酶活力残存不至于影响冷冻成干制（脱水）蔬菜的质量是一个值得探讨的问题。
从食品的营养、色泽和风味来看，过氧化物酶也很重要。例如，过氧化物酶能使维生素C氧化而破坏其在生理上的功能；过氧化物酶能催化不饱和脂肪酸过氧化物的裂解，产生挥发性或不良气味的羰基化合物，同时伴随产生自由基，而且这些自由基会进一步破坏食品中的许多成分。如果食品中不存在不饱和脂肪酸，则过氧化物酶能催化类胡萝卜素漂白和花青素脱色。
抗坏血酸氧化酶是一种含酮的酶，存在于瓜类、种子、谷物和水果蔬菜中。它能氧化抗坏血酸生成水和脱氢抗坏血酸。与非酶氧化作用相比，抗坏血酸氧化酶作用后生成水，而前者生成过氧化氢。
在柑橘加工中抗坏血酸氧化酶对抗坏血酸的氧化作用能够对产品的质量产生很大影响。在完整的柑橘中氧化酶与还原酶可能处于平衡状态。但是，在提取果汁时，还原酶很不稳定，当受到很大破坏时，抗坏血酸氧化酶的活性就会显露出来。若在加工过程中能做到在低温下工作，并快速榨汁、抽气，最后进行巴氏消毒使酶失活，则可以减少维生素C的破坏。
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